1.Общая характеристика неметаллических включений.

В стали содержится множество неметаллических включений, кото­рые представляют собой частицы химических соединений, образую­щихся при выплавке, выпуске, разливке стали и кристаллизаци слитка, включения, встречающиеся в сталях, по происхождению можно разделить на эндогенные и экзогенные. Эндогенные включения возникают в результате реакций компонентов стали, уменьшения растворимости элементов в жидкой и твердой стали при понижении температуры, добавления раскислителей и десульфуратов. Эндогенные включения могут зарождаться гомогенно в местах ликвации примесей или гетерогенно — на поверхности ранее существовавших включений или растущих кристаллов стали. Экзогенные вклю­чения представляют собой продукты разрушения футеровки стале­плавильных агрегатов и сталеразливочных устройств, а также частицы шихты и шлаков.

По составу неметаллические включения можно разделить на не­сколько основных групп: простые оксиды (FeO, MnO, А1₂0₃, ТiO, FeO—MnO, Cr₂O_{3 ,} MgO,Ti0₂); сложные оксиды — включения типа шпинелей с общей формулой МеО • Me₂O₃ (FeO • А1₂0₃, МпО • А1₂0₃, МпО • СR₂0₃); силикаты (FeO - Si0₂, MnO • Si0₂, 2FeO • SiO₂); сульфиды (FeS, MnS); нитриды (A1N, Fe₄N, TIN), фосфиды, гидриды.

По структурным признакам неметаллические включения можно объединить в три основные группы. К первой группе относятся одно­фазные частицы, состав которых постоянный и соответствует формуле любой из перечисленных выше основных групп включений, например, МnО, А1₂0₃, или переменный (твердые растворы), например, FeO — MnO, (Fe,Mn)O,Al₂0₃, (Fe, Mn) S.

Вторую группу составляют двух или многофазные частицы, которые возникают, если включение, появившееся первым, служит подложкой для кристаллизации новой неметаллической фазы в виде сплошной или прерывистой оболочки. Например, двухфазное оксисульфидное включение состоит из оксид­ной фазы А1₂0₃ и сульфидной оболочки (Fe, Mn) S; двухфазное оксисиликатное включение — из силикатной фазы МnО • Si0₂, в которой распределены оксиды МnО • А1₂0₃. В третью структурную группу входят двух- или многофазные частицы, образовавшиеся при одновре­менной кристаллизации фаз в результате эвтектического превращения. Например, FeS — (Fe, Mn) S, FeO — (FeMn) S, FeO • Si0₂ — MnO • Si0₂, MgO • A1₂0₃ — 2MgO • Si0₂. Эти включения имеют эвтекти­ческую структуру.

В одной стали могут образоваться включения нескольких типов, которые отличаются по составу и структуре. Количество неметалли­ческих включений в стали велико. В 1 т обычной углеродистой стали содержится до 10¹²—10¹⁸ включений оксидов и еще больше сульфид­ных включений. Основное количество этих включений (98 %) имеют размеры менее 0,2 мкм, поэтому не все из них можно увидеть под микроскопом.

Форма частиц неметаллических включений в литой стали зависит от типа их кристаллической решетки и условий возникновения. Тугоплавкие включения имеют, как правило, шаровидную, полиэдри­ческую, дендритную, пластинчатую, неправильную форму; легкоплав­кие включения образующиеся на последних этапах кристаллизации стала и располагающиеся но границам дендритов — пленочную или неправильную форму. Включения могут образовывать скопления в литой стали.

В слитках возможны продольные и поперечные трещины. Продоль­ные трещины на поверхности слитка располагаются вдоль его оси. Причиной их возникновения служит то, что неравномерный отвод тепла, сильно развитая транскристаллизация, наличие внутрикристаллической ликвации в краевой зоне способствуют появлению напряжений в стали, величина которых превышает предел прочности. Поперечные трещины усадочного происхождения имеют извилистую форму, они часто образуют кольца вокруг слитка. Трещины от остаточных напряжений направлены от головной к донной части слитка (с незначительным разветвлением). Они возникают вследствие быстро протекающих фазовых превращений в стали при резком охлаждении. Узор в виде сетки трещин на поверхность слитка переходит от внутрен­ней поверхности изношенных изложниц, с которой соприкасается слиток. В центральной части слитка встречаются осевые межкристал-личесские трещины, расходящиеся веерообразно — так называемые, па­учки. Такой дефект снижает пластичность и вязкость стали. В про­цессе горячей деформации межкристаллитные трещины завариваются. На поверхности слитка могут быть плены и наплывы, которые свя­заны с окислением металла. Они носят как локальный, так и общий характер. Раковины на поверхности слитка появляются при попада­нии в изложницу стальных брызг, которые не полностью срастаются со слитком.

Следует выделить группу дефектов слитка, связанных с неметал­лическими включениями (оксидные плены, различные корочки, трещины расслоения, микропористость и др.).